第14章第2节 热机的效率 （热机的效率综合计算专题练习）-2024-2025学年物理九年级全一册（人教版）

14.2热学综合计算专项练习 【一、燃料燃烧相关的计算】 【二、烧水问题有关的计算】 【三、汽车问题相关的计算】 一、燃料燃烧相关的计算 1.汽油的热值是4.6×107J/kg，沼气的热值约为2×107J/m3，则完全燃烧0.5kg的汽油所放出来的热量如果由沼气来提供，需要沼气的体积是下列选项的哪一个？（　　） A．0.15m3 B．1.15m3 C．11.5m3 D．4.6m3 2.2022年北京冬奥会和冬残奥会即将开幕，在比赛期间所有冬奥场馆将全部使用“绿电”（“绿电”是指在发电过程中，二氧化碳排放量为零或趋近于零，比火力发电等其他方式对环境的影响大幅度减小）。这将是奥运史上首次实现全部场馆100%绿色电能供应，预计消耗“绿电”约4×108kW•h，可以节约1.28×108kg标准煤，减排二氧化碳3.2×108kg。若所节约的标准煤完全燃烧，则放出的热量约为（q标准煤约为2.9×107J/kg）（　　） A．3.7×1015J B．9.3×1015J C．3.7×1016J D．9.3×1016J 3.（2023•花山区二模）镁粉易燃，属于危险化学品。金属镁的热值约为2.5×107J/kg，14kg的镁粉完全燃烧释放的热量全部被1000kg空气吸收，可以使空气升温 　 　℃。[空气的比热容取0.7×103J/（kg•℃）]。 4． 我国发射的长征系列运载火箭常用液态氢作燃料，是因为它的　 　大。完全燃烧50kg的液态氢，放出的热量为 　 　J。（q氢＝1.4×108J/kg） 5． “可燃冰”中的甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，储量丰富，因此被各国视为未来石油、天然气的替代能源。甲烷的低热值大约是3.6×107J/m3，高热值大约是4.0×107J/m3，如果按照高热值来计算，完全燃烧1L甲烷可以 放出 　 　J的热量。 6.某太阳能热水器，向其中注入50kg水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃，水的比热容是，试求， （1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？ （2）若用煤燃烧来提供的热量，需要完全燃烧多少千克煤？（煤的热值约为）． 二、烧水问题相关的计算 7.（2022·全国·九年级课时练习）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是_________J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气_________m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气热值为4.0×107J/m3] 8.某太阳能热水器，向其中注入50kg水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃，水的比热容是，试求， （1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？ （2）如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是，则这段时间该热水器的效率是多少？ 9．（2022秋•五华区校级期中）某物理兴趣小组为了探究地球表面水吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水的表面积为0.1m2，经过太阳光垂直照射20min，水温升高了5℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值是5.0×107J/m3，求： （1）实验时6kg的水20min内吸收了多少热量？ （2）若太阳能辐射的热量全部被水吸收，则平均每分钟每平方米水面吸收的热量是多少？ （3）若换用天然气完全燃烧放出的热量给实验中的水加热，至少需要燃烧多少m3的天然气？ 10.某物理兴趣小组的同学用煤炉给20kg的水加热，同时他们绘制了加热过程中水温随时间变化的图线如图所示。若在6min内燃烧了1kg煤，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤的热值约为3×107J/kg。求： （1）煤完全燃烧产生的热量是多少； （2）煤炉烧水时的热效率是多少。 11.小红一家到某基地露营时，用火炉将质量为2kg、初温为20℃的水加热到60℃，燃烧了100g木炭。已知：水的比热容4.2×103J/（kg•℃），木炭的热值3.36×107J/kg。 求： （1）水吸收的热量； （2）该火炉烧水的热效率。 12.某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4×107J/m3。试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 3、 汽车问题相关的计算 13.（2023•定远县校级一模）2021年11月28日，一架运﹣20加油机首次亮相台海，绕岛巡航。假设本次航程600km，加油机匀速飞行，飞行过程中受到的平均阻力是9×104N，加油机需消耗质量为3000kg航空煤油，则该运﹣20发动机的效率是 　 　。（航空煤油的热值是4.5×107J/kg） 14．（2022秋•石嘴山校级期中）汽油机功率为8kW，工作1h使用的乙醇汽油燃烧的热量是7.2×107J，这汽油机的工作效率为 　 　。 15.一辆汽车的牵引力为500N，以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶了9.2×104m，消耗了汽油4kg。求： （1）汽车牵引力做的功； （2）4kg汽油完全燃烧放出的热量（q汽油=4.6×107J/kg）； （3）该汽车发动机的效率； 16．（2022秋•雨花区校级月考）我国一款拥有自主知识产权的氢燃料电池汽车在水平路面试车，以60km/h的速度匀速直线行驶时，阻力为2×103N，行驶140km，共消耗了5kg的氢（q氢＝1.4×108J/kg）。请通过计算求出，该车在此过程中： （1）牵引力做的功； （2）5kg的氢完全燃烧释放的热量； （3）发动机的效率。 17．（2023•济阳区二模）氢燃料被公认为是21世纪最理想的能源。某氢燃料新能源公交车满载时的重力为2×105N，某次满载后匀速直线运行1200m从A站到B站，用时2分钟。此过程中，汽车所受阻力是总重力的0.07倍。（氢的热值是1.4×108J/kg，g取10N/kg）请计算： （1）从A站到B站汽车牵引力所做的功。 （2）从A站到B站汽车牵引力的功率。 （3）若此过程中，汽车消耗氢燃料0.25kg，求汽车发动机的效率。 18.若汽车在平直公路上内匀速行驶了，消耗汽油。发动机的输出功率为。汽油热值为。求： （1）汽车行驶的速度； （2）汽车牵引力做的功； （3）汽车发动机的效率。 答案 一、燃料燃烧相关的计算 1.【答案】B 【分析】已知汽油的热值和质量，利用Q放＝qm计算放出的热量； 已知放出的热量和沼气的热值，利用Q放＝qV计算需要沼气的体积。 【解答】解：汽油完全燃烧放出的热量： Q放＝q汽油m＝4.6×107J/kg×0.5kg＝2.3×107J， 由Q放＝qV知，需要沼气的体积： V＝＝＝1.15m3。 故选：B。 2.【答案】A 【分析】知道节约标准煤的质量、热值，利用Q放＝mq计算出所节约的标准煤完全燃烧放出的热量。 【解答】解：节约的标准煤的质量m＝1.28×108kg，q标准煤＝2.9×107J/kg， 标准煤完全燃烧放出的热量：Q放＝mq标准煤＝1.28×108kg×2.9×107J/kg≈3.7×1015J。 故选：A。 3.【答案】500 【分析】根据Q放＝qm得出14kg的镁粉完全燃烧释放的热量，根据Q吸＝Q放得出空气吸收的热量，由Q吸＝cmΔt得水空气升高的温度。 【解答】解： 14g的镁粉完全燃烧释放的热量Q放＝qm＝2.5×107J/kg×14kg＝3.5×108J； 空气吸收的热量Q吸＝Q放＝3.5×108J； 由Q吸＝cmΔt得， 水空气升高的温度Δt＝＝＝500℃。 故答案为：500。 4.【答案】热值；7×109。 【解答】解：火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量； 50kg的液态氢完全燃烧放出的热量：Q放＝mq氢＝50kg×1.4×108J/kg＝7×109J。 故答案为：热值；7×109。 5.【答案】4.0×10⁴ 【分析】根据Q＝qV求出甲烷完全燃烧放出的热量。 【解答】解：甲烷的体积：V＝1L＝1×10﹣3m3， 甲烷完全燃烧释放的热量： Q＝Vq＝1×10﹣3m3×4.0×107J/m3＝4.0×10⁴J。 故答案为：4.0×10⁴。 6.答案：（1）（2）30%（3）0.8kg 解析：(1)水吸收的热量： ； 这段时间该热水器中的水吸收的热量是； (2)若用煤燃烧来提供的热量，由得完全燃烧煤的质量： ． 若用煤燃烧来提供2.8×107J的热量，需完全燃烧0.8kg煤． 二、烧水问题相关的计算 7.【答案】 6.72×105     0.042 【详解】 由题意可知，水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg，所以将初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是，若煤气灶效率为40%，则煤气完全燃烧释放的热量为，所以需要煤气的体积为。 8.答案：（1）（2）30%（3）0.8kg 解析：(1)水吸收的热量： ； 这段时间该热水器中的水吸收的热量是； (2)该热水器的效率： ； 这段时间该热水器的效率是30%； 9．【答案】（1）水吸收的热量是1.26×105J。 （2）平均每分钟每平方米水面吸收的热量是6.3×104J。 （3）至少需要燃烧多少m3的天然气是2.52×10﹣3m3。 10.【答案】（1）煤完全燃烧产生的热量为3×107J； （2）经过6min时间加热，水所吸收的热量为5.04×106J； （3）煤炉烧水时的热效率为16.8%。 【分析】（1）已知煤的质量和热值，利用Q＝mq可求得煤完全燃烧产生的热量； （2）由图知，经过6min时间加热，水升高的温度值，利用吸热公式Q＝cmΔt求水吸收的热量； （3）根据η＝×100%计算出煤炉烧水时的热效率。 【解答】解：（1）煤完全燃烧产生的热量：Q放＝mq＝1kg×3×107J/kg＝3×107J； （2）由图知，经过6min时间加热，水升高的温度值：Δt＝80℃﹣20℃＝60℃， 水所吸收的热量Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×20kg×60℃＝5.04×106J； （3）煤炉烧水时的热效率η＝×100%＝×100%＝16.8%。 答：（1）煤完全燃烧产生的热量为3×107J； （2）经过6min时间加热，水所吸收的热量为5.04×106J； （3）煤炉烧水时的热效率为16.8%。 11. 12.【答案】（1）8.4×106J；（2）4.2×106J；（3）50% 【详解】（1）煤气完全燃烧放出的热量Q放=Vq=0.21m3×4×107J/kg=8.4×106J （2）水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×20kg×(60-10)℃=4.2×106J （3）该热水器的烧水效率 答：（1）煤气完全燃烧放出的热量是8.4×106J；（2）水吸收的热量是4.2×106J；（3）该热水器烧水的效率是50%。 4、 汽车问题相关的计算 13.【答案】40%。 【解答】解：加油机做匀速直线运动，处于平衡状态，所受的牵引力为：F＝f＝9×104N， 牵引力所做的功为：W＝Fs＝9×104N×600×103m＝5.4×1010J； 航空煤油完全燃烧放出的热量Q放＝qm＝4.5×107J/kg×3000kg＝1.35×1011J， 该运﹣20发动机的效率η＝＝＝40%。 故答案为：40%。 14．【答案】40%。 【解答】解：由P＝可知，汽油机1h所做的有用功：W＝Pt＝8×1000W×1×3600s＝2.88×107J， 汽油机的工作效率：η＝×100%＝×100%＝40%。 故答案为：40%。 15.【答案】（1）4.6×107J；（2）1.84×108J；（3）25%； 【详解】解：（1）汽车牵引力做的功 （2）汽油完全燃烧放出的热量是 （3）该汽车发动机的效率 答：（1）汽车牵引力做的功；（2）4kg汽油完全燃烧放出的热量； （3）该汽车发动机的效率； 16．【答案】（1）2.8×108J；（2）7×108J；（3）40%。 【分析】发动机的效率是指用来做有用功的能量（转化为汽车的机械能，即牵引力所做的功）与燃料完全燃烧产生的能量之比。 【解答】解：（1）汽车匀速行驶牵引力大小等于阻力大小，F＝f＝2×103N，牵引力做的功W＝2×103N×140×103m＝2.8×108J； （2）5kg的氢完全燃烧释放的热量 ＝7×108J； （3）发动机的效率η＝＝＝40%。 故答案为：（1）牵引力做功为2.8×108J； （2）5kg的氢完全燃烧释放的热量7×108J； （3） 发动机的效率是40%。 17.【答案】（1）从A站到B站汽车牵引力所做的功为1.68×107J。 （2）从A站到B站汽车牵引力的功率为1.4×105W。 （3）汽车发动机的效率为48%。 【分析】（1）根据f＝0.07G得出公交车所受阻力，公交车做匀速直线运动，受到平衡力作用，根据F＝f得出牵引力；根据W＝Fs得出牵引力做功； （2）根据P＝得出从A站到B站汽车牵引力的功率； （3）根据Q放＝m氢q得出消耗氢燃料完全燃烧释放的热量，根据η＝得出汽车发动机的效率。 【解答】解：（1）公交车所受阻力为：f＝0.07G＝0.07×2×105N＝1.4×104N； 公交车做匀速直线运动，受到平衡力作用，所以牵引力为：F＝f＝1.4×104N； 牵引力做功为：W＝Fs＝1.4×104N×1200m＝1.68×107J； （2）从A站到B站汽车牵引力的功率：P＝＝＝1.4×105W； （3）消耗氢燃料完全燃烧释放的热量为：Q放＝m氢q＝0.25kg×1.4×108J/kg＝3.5×107J； 汽车发动机的效率：η＝＝＝48%。 答：（1）从A站到B站汽车牵引力所做的功为1.68×107J。 （2）从A站到B站汽车牵引力的功率为1.4×105W。 （3）汽车发动机的效率为48%。 18.【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】解（1）汽车行驶的速度 （2）汽车牵引力做的功 （3）汽油完全燃烧释放的热量为，汽车发动机的效率 答：（1）汽车行驶的速度为；（2）汽车牵引力做的功为；（3）汽车发动机的效率为。 学科网（北京）股份有限公司 $$